Python各類圖像庫的圖片讀寫方式總結(jié)(推薦)

更新時間：2018年02月23日 11:40:13 作者：Madcola

這篇文章主要介紹了Python各類圖像庫的圖片讀寫方式總結(jié)(推薦)，小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

最近在研究深度學(xué)習(xí)視覺相關(guān)的東西，經(jīng)常需要寫python代碼搭建深度學(xué)習(xí)模型。比如寫CNN模型相關(guān)代碼時，我們需要借助python圖像庫來讀取圖像并進(jìn)行一系列的圖像處理工作。我最常用的圖像庫當(dāng)然是opencv，很強(qiáng)大很好用，但是opencv也有一些坑，不注意的話也會搞出大麻煩。近期我也在看一些別人寫的代碼，因為個人習(xí)慣不一樣，他們在做深度學(xué)習(xí)時用于圖片讀取的圖像庫各不相同，從opencv到PIL再到skimage等等各種庫都有，有些庫讀進(jìn)來的圖片存儲方式也不太一樣，如果不好好總結(jié)這些主流圖像讀寫庫特點的話，以后看代碼寫代碼都會遇坑無數(shù)。這篇文章就總結(jié)了以下主流Python圖像庫的一些基本使用方法和需要注意的地方：

1.opencv
2.PIL(pillow)
3.matplotlib.image
4.scipy.misc
5.skimage

opencv: cv2.imread

opencv作為我最常用的圖像處理庫，當(dāng)然第一個介紹，并且介紹得比較全面。毋庸置疑，opencv是今天介紹得所有圖像庫中最全面也最強(qiáng)大的庫，如果我們只想掌握一個圖像庫，我覺得opencv庫肯定是最適合不過了。

圖片讀取操作

import cv2
import numpy as np

#讀入圖片：默認(rèn)彩色圖，cv2.IMREAD_GRAYSCALE灰度圖，cv2.IMREAD_UNCHANGED包含alpha通道
img = cv2.imread('1.jpg')
cv2.imshow('src',img)
print(img.shape) # (h,w,c)
print(img.size) # 像素總數(shù)目
print(img.dtype)
print(img)
cv2.waitKey()

值得注意的是，opencv讀進(jìn)來的圖片已經(jīng)是一個numpy矩陣了，彩色圖片維度是（高度，寬度，通道數(shù)）。數(shù)據(jù)類型是uint8。

#gray = cv2.imread('1.jpg',cv2.IMREAD_GRAYSCALE) #灰度圖
#cv2.imshow('gray',gray)
#也可以這么寫，先讀入彩色圖，再轉(zhuǎn)灰度圖
src = cv2.imread('1.jpg')
gray = cv2.cvtColor(src,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
cv2.imshow('gray',gray)
print(gray.shape)
print(gray.size)
print(gray)
cv2.waitKey()

上面提到了兩種獲取灰度圖的方式，讀進(jìn)來的灰度圖的矩陣格式是（高度，寬度）。

#注意，計算圖片路徑是錯的，Opencv也不會提醒你，但print img時得到的結(jié)果是None
img2 = cv2.imread('2.jpg')
print(img2)

#如何解決“讀到的圖片不存在的問題”？ #加入判斷語句，如果為空，做異常處理
img2 = cv2.imread('2.jpg')
if img2 == None:
  print('fail to load image!')

圖片矩陣變換

opencv讀入圖片的矩陣格式是：（height,width,channels）。而在深度學(xué)習(xí)中，因為要對不同通道應(yīng)用卷積，所以會采取另一種方式：（channels,height,width）。為了應(yīng)對該要求，我們可以這么做

#注意到，opencv讀入的圖片的彩色圖是一個channel last的三維矩陣（h,w,c），即（高度，寬度，通道）
#有時候在深度學(xué)習(xí)中用到的的圖片矩陣形式可能是channel first，那我們可以這樣轉(zhuǎn)一下
print(img.shape)
img = img.transpose(2,0,1)
print(img.shape)

在深度學(xué)習(xí)搭建CNN時，往往要做相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)處理，比如圖像要擴(kuò)展維度，比如擴(kuò)展成（batch_size,channels,height,width）。

對于這種要求，我們可以這么做。

#有時候還要擴(kuò)展維度，比如有時候我們需要預(yù)測單張圖片，要在要加一列做圖片的個數(shù)，可以這么做
img = np.expand_dims(img, axis=0)
print(img.shape)

上面提到的是預(yù)測階段時預(yù)測單張圖片的擴(kuò)展維度的操作，如果是訓(xùn)練階段，構(gòu)建batch，即得到這種形式：（batch_size,channels,height,width）。我一般喜歡這么做

data_list = [] 
loop:
  im = cv2.imread('xxx.png')
  data_list.append(im)
data_arr = np.array(data_list)

這樣子就能構(gòu)造成我們想要的形式了。

圖片歸一化

#因為opencv讀入的圖片矩陣數(shù)值是0到255，有時我們需要對其進(jìn)行歸一化為0~1
img3 = cv2.imread('1.jpg')
img3 = img3.astype("float") / 255.0 #注意需要先轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)類型為float
print(img3.dtype)
print(img3)

存儲圖片

#存儲圖片
cv2.imwrite('test1.jpg',img3) #得到的是全黑的圖片，因為我們把它歸一化了
#所以要得到可視化的圖，需要先*255還原
img3 = img3 * 255
cv2.imwrite('test2.jpg',img3) #這樣就可以看到彩色原圖了

opencv大坑之BGR

opencv對于讀進(jìn)來的圖片的通道排列是BGR，而不是主流的RGB！謹(jǐn)記！

#opencv讀入的矩陣是BGR，如果想轉(zhuǎn)為RGB，可以這么轉(zhuǎn)
img4 = cv2.imread('1.jpg')
img4 = cv2.cvtColor(img4,cv2.COLOR_BGR2RGB)

訪問像素

#訪問像素
print(img4[10,10]) #3channels
print(gray[10,10]) #1channel
img4[10,10] = [255,255,255]
gray[10,10] = 255
print(img4[10,10]) #3channels
print(gray[10,10]) #1channel

ROI操作

#roi操作
roi = img4[200:550,100:450,:]
cv2.imshow('roi',roi)
cv2.waitKey()

通道操作

#分離通道
img5 = cv2.imread('1.jpg')
b,g,r = cv2.split(img5)
#合并通道
img5 = cv2.merge((b,g,r))
#也可以不拆分
img5[:,:,2] = 0 #將紅色通道值全部設(shè)0

PIL：PIL.Image.open

圖片讀取

from PIL import Image
import numpy as np

PIL即Python Imaging Library，也即為我們所稱的Pillow，是一個很流行的圖像庫，它比opencv更為輕巧，正因如此，它深受大眾的喜愛。

圖像讀寫

PIL讀進(jìn)來的圖像是一個對象，而不是我們所熟知的numpy 矩陣。

img = Image.open('1.jpg')
print(img.format) 
print(img.size) #注意，省略了通道 (w，h)
print(img.mode) #L為灰度圖，RGB為真彩色,RGBA為加了透明通道
img.show() # 顯示圖片

灰度圖的獲取

gray = Image.open('1.jpg').convert('L')
gray.show()

#讀取不到圖片會拋出異常IOError，我們可以捕捉它，做異常處理
try:
  img2 = Image.open('2.jpg')
except IOError:
  print('fail to load image!')

#pillow讀進(jìn)來的圖片不是矩陣，我們將圖片轉(zhuǎn)矩陣,channel last
arr = np.array(img3)
print(arr.shape)
print(arr.dtype)
print(arr)

灰度圖的轉(zhuǎn)化與彩圖轉(zhuǎn)化一樣

arr_gray = np.array(gray)
print(arr_gray.shape)
print(arr_gray.dtype)
print(arr_gray)

存儲圖片

#矩陣再轉(zhuǎn)為圖像
new_im = Image.fromarray(arr)
new_im.save('3.png')

圖像操作

#分離合并通道
r, g, b = img.split()
img = Image.merge("RGB", (b, g, r))

img = img.copy() #復(fù)制圖像

ROI獲取

img3 = Image.open('1.jpg')
roi = img3.crop((0,0,300,300)) #(左上x，左上y，右下x，右下y)坐標(biāo)
roi.show()

matplotlib：matplotlib.image.imread

matplotlib是一個科學(xué)繪圖神器，用的人非常多。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

image = plt.imread('1.jpg')
plt.imshow(image)
plt.show()

#也可以關(guān)閉顯示x，y軸上的數(shù)字
image = plt.imread('1.jpg')
plt.imshow(image)
plt.axis('off')
plt.show()

#plt.imread讀入的就是一個矩陣，跟opencv一樣，但彩圖讀進(jìn)的是RGB，與opencv有區(qū)別
print(image.shape) # (h,w,c)
print(image.size)
print(image.dtype) 
print(image)

im_r = image[:,:,0] #紅色通道
plt.imshow(im_r)
plt.show()
#此時會發(fā)現(xiàn)顯示的是熱量圖，不是我們預(yù)想的灰度圖，可以添加 cmap 參數(shù)解決
plt.imshow(im_r,cmap='Greys_r')
plt.show()

#與opencv結(jié)合使用
import cv2
im2 = cv2.imread('1.jpg')
plt.imshow(im2)
plt.axis('off')
plt.show()
#發(fā)現(xiàn)圖像顏色怪怪的，原因當(dāng)然是我們前面提到的RGB順序不同的原因啦,轉(zhuǎn)一下就好
im2 = cv2.cvtColor(im2,cv2.COLOR_BGR2RGB)
plt.imshow(im2)
plt.axis('off')
plt.show()
#所以無論用什么庫讀進(jìn)圖片，只要把圖片改為矩陣，那么matplotlib就可以處理了

#再試一試pillow和matplotlib結(jié)合
from PIL import Image
im3 = Image.open('1.jpg')
im3 = np.array(im3)
plt.figure(1)
plt.imshow(im3)
plt.axis('off')
#存儲圖像，注意，必須在show之前savefig，否則存儲的圖片一片空白
plt.savefig('timo.jpg')
plt.show()

#最后以一個綜合例子總結(jié)matplotlib最基本的圖片顯示技巧吧
im_lol1 = plt.imread('lol.jpg')
im_lol2 = plt.imread('1.jpg')
figure = plt.figure(figsize=(20,10)) # 調(diào)整顯示圖片的大小
'''
figsize參數(shù)：指定繪圖對象的寬度和高度，單位為英寸；dpi參數(shù)指定繪圖對象的分辨率，
即每英寸多少個像素，缺省值為80。因此本例中所創(chuàng)建的圖表窗口的寬度為8*80 = 640像素
'''
plt.axis("off")#不顯示刻度 
ax = figure.add_subplot(121) # 圖片以1行2列的形式顯示
plt.axis('off')
ax.imshow(im_lol1) #第一張圖
ax.set_title('lol image 1')#給圖片加titile 
ax = figure.add_subplot(122) 
plt.axis('off')
ax.imshow(im_lol2) 
ax.set_title('lol image 2')#給圖片加titile 

plt.savefig('twp.jpg')
plt.show()

scipy.misc：scipy.misc.imread

from scipy import misc
import matplotlib.pyplot as plt

im = misc.imread('1.jpg')
print(im.dtype)
print(im.size)
print(im.shape)
misc.imsave('misc1.png',im)
plt.imshow(im)
plt.show()
print(im)

可以看到，有warining，提示我們imread和imsave在后來的版本將會被棄用，叫我們使用imageio.imread和imageio.imwrite。

我們根據(jù)她的提示，使用imageio模塊進(jìn)行圖片讀寫，warning也就沒有了。

import imageio
im2 = imageio.imread('1.jpg')
print(im2.dtype)
print(im2.size)
print(im2.shape)
plt.imshow(im)
plt.show()
print(im2)
imageio.imsave('imageio.png',im2)

skimage：skimage.io.imread

from skimage import io

im = io.imread('1.jpg')
print(im.shape) # numpy矩陣，(h,w,c)
print(im.dtype)
print(im.size)
io.imshow(im)
io.imsave('sk.png',im)
print(im)

圖像也是以numpy array形式讀入。

灰度圖的獲取方式：

im2 = io.imread('1.jpg',as_grey=True) #讀入灰度圖
print(im2.dtype)
print(im2.size)
print(im2.shape)
io.imshow(im2)
io.imsave('sk_gray.png',im2)
io.show()
print(im2)

可以看到，灰度圖像的矩陣的值被歸一化了，注意注意！

也可以以這種方式獲得灰度圖：

from skimage import color
im3 = io.imread('1.jpg')
im3 = color.rgb2grey(im3)
print(im3.dtype)
print(im3.size)
print(im3.shape)
io.imshow(im3)
io.show()

'''
skimage.color.rgb2grey(rgb)
skimage.color.rgb2hsv(rgb)
skimage.color.rgb2lab(rgb)
skimage.color.gray2rgb(image)
skimage.color.hsv2rgb(hsv)
skimage.color.lab2rgb(lab)

'''

總結(jié)

除了opencv讀入的彩色圖片以BGR順序存儲外，其他所有圖像庫讀入彩色圖片都以RGB存儲。
除了PIL讀入的圖片是img類之外，其他庫讀進(jìn)來的圖片都是以numpy 矩陣。
各大圖像庫的性能，老大哥當(dāng)屬opencv，無論是速度還是圖片操作的全面性，都屬于碾壓的存在，畢竟他是一個巨大的cv專用庫。下面那張圖就是我從知乎盜來的一張關(guān)于各個主流圖像庫的一些性能比較圖，從測試結(jié)果看來，opencv確實勝出太多了。